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水驱剩余油分布-低场核磁技术

随着水驱开发的进行，国内大多数油田皆已进入高含水、高采出程度的“双高”阶段，针对二次采油未能采出的未波及区的剩余油和波及区的残余油，认识剩余油为油田二次采油及三次采油提供重要依据尤为重要。

剩余油分布是指剩余油在地层中的分布情况，影响剩余油分布的因素众多，主要受静态储层(地质的)和动态注采状况(开发的)双重因素的影响。静态储层因素是根本的、内在的因素，注采状况(开发条件)是影响剩余油分布的外部因素。

水驱剩余油分布-低场核磁技术

基于核磁对氢信号优秀的捕捉能力，在油气藏储层研究中，发挥了巨大的作用。搭配多场耦合配件，可以模拟地层真实高温高压环境，岩心（水驱油核磁共振实验、水驱剩余油分布实验、微观驱替实验、多相驱替实验）不同尺寸孔隙中的油水信号在核磁T2谱中对应的弛豫时间不同，随着驱替实验（水驱油核磁共振实验、水驱剩余油分布实验、微观驱替实验、多相驱替实验）的进行，核磁T2谱随着岩心内部油水相态（多相驱替）的变化而发生变化，可以用定量来研究地层的油气开采过程。同时基于核磁成像功能，可以实现对整个驱替过程（水驱油核磁共振实验、水驱剩余油分布实验、微观驱替实验、多相驱替实验）的各个阶段进行成像，生动形象的观察动态变化。实现驱替过程（水驱油核磁共振实验、水驱剩余油分布实验、微观驱替实验、多相驱替实验）中油水变化的可视化。

水驱剩余油分布-低场核磁仪器

MacroMR高温高压岩心驱替可视化系统能够结合传统的外围驱替系统，实现模拟地层高温高压环境，对岩心进行全过程可视化驱替研究，可视化可以定性的评价岩心驱替情况，通过谱图变化可定量计算出驱替量的多少；可以任意层面、多角度对岩心进行无损切片选层观测和分析；

低场核磁反演方法研究

无论是低场核磁纵向弛豫还是低场核磁横向弛豫，对于决大多数样品来说，低场核磁弛豫信号都可以用多指数函数来表达。通常情况下，分别利用CPMG实验和IR实验来检测样品的横向弛豫过程和纵向弛豫过程，低场核磁弛豫信号的数学表达式如公式(1)和公式(2)所示：

其中fi表示样品中第i种成分的信号强度，总信号的大小是所有成分产生信号大小的总和，T2i和T1i表示样品中第i种成分的横向弛豫时间和纵向弛豫时间。

低场核磁反演方法研究：

弛豫信号反演的目标是通过上面的公式(1)公式(2)来计算样品中的每个值(或者称为样品中质子分布的密度函数，也称为T1分布或T2分布)。下面采用矩阵的形式重新改写上述数学表达式：

Y=A * F

低场核磁反演方法研究实例：

以多组分T2反演为例，如下图，左边是回波串，右边是反演结果（T2分布）。下式表示每一个回波的等式系统。一般物质的T2分布是一个连续函数，但是为简化反演，计算使用一个多指数模型，并假定T2分布包含有m个独立的弛豫时间T2i，对应的幅值分量为fi。T2i的值是预先选定的（如0.5ms，1ms，2ms，4ms，8ms，16ms，32ms，64ms，128ms，256ms，512ms，…）。反演的过程主要是确定每个分布的孔隙度分量.

低场核磁反演方法研究（T2分布）

定组分反演和二维反演在原理上和多组分反演都是一致的，是一个设置模型不断寻优的过程。不同的方法间，模型函数和寻优方法会有稍许不同。

低场核磁研究橡胶玻璃化转变温度

什么是玻璃化转变温度？

玻璃化转变温度Tg是材料的一个重要特性参数，材料的许多特性都在玻璃化转变温度附近发生急剧的变化。以玻璃为例，在玻璃化转变温度，由于玻璃的结构发生变化，玻璃的许多物理性能如热容、密度、热膨胀系数、电导率等都在该温度范围发生急剧变化。

根据玻璃化转变温度可以准确制定玻璃的热处理温度制度。对高聚物而言，它是高聚物从玻璃态转变为高弹态的温度，在玻璃化转变温度时，高聚物的比热容、热膨胀系数、粘度、折光率、自由体积以及弹性模量等都要发生一个突变。

橡胶玻璃化转变的影响因素

由于玻璃化转变是与分子运动有关的现象，而分子运动又和分子结构有着密切关系，所以分子链的柔顺性、分子间作用力以及共聚、共混、增塑等都是影响高聚物Tg的重要内因。

此外，外界条件如作用力、作用力速率，升(阵)温速度等也是值得注意的影响因索。

在玻璃化转变温度以上，高聚物表现出弹性；在玻璃化转变温度以下，高聚物表现出脆性，在用作塑料、橡胶、合成纤维等时必须加以考虑。如聚氯乙烯的玻璃化温度是80℃。但是，他不是制品工作温度的上限。比如，橡胶的工作温度必须在玻璃化温度以上，否则就失去高弹性。

低场核磁研究橡胶玻璃化转变温度的基本原理：

NMR是一种通过测定活性原子核的弛豫特性来描述分子运动特性的技术。用NMR测定玻璃化转变温度是基于弛豫时间(T1、T2)可以衡量玻璃化转变时分子链段运动的急剧变化。与上述方法相比，NMR对所测食品样品没有限制，对样品亦不具破坏性，灵敏度高，能够快速、实时、荃方位、定量的研究样品。

玻璃化转变是指非晶态的高聚物（包括晶态高聚物中的非晶体部分）从玻璃态到高弹态的转变或者从高弹态到玻璃态的转变。许多研究人员已经接受食品也是聚合物这一观点并将其作为聚合物体系进行分析，聚合物玻璃化转变的基础是分子运动，聚合物由玻璃态转变为橡胶态时，含有质子的基团运动频率增加，这些变化可由弛豫时间T1和T2来衡量。

当聚合物处于玻璃态时，T2不随温度而变，表现出刚性晶格的性质，玻璃化转变后，突破刚性晶格的限制，T2随温度升高而增大。绘制T2-温度曲线，T2转折点所对应的温度即玻璃化转变温度Tg。

T2-温度曲线和T1-温度曲线都是由两条近似直线的不同斜率的直线部分组成，这两条直线的交点就看作为相转变点，所对应的温度就是相转变温度，即我们所要测定的Tg。对于“U”曲线，其蕞底点，即为相转变点，所对应温度为Tg。

高分子动力学研究(低场核磁法)

热固性高分子复合材料通过黏合剂分子链间的相互反应形成三维交联网络，赋予材料良好的使用性能，如力学、老化和磨损性能等。因此，研究高分子材料的微观交联结构可以深入了解材料结构与性能之间的关系， 为进一步改善其综合性能提供指导。

低场磁共振设备在高分子材料领域拥有广泛应用，其主要通过检测材料的交联密度和弛豫时间，分析研究材料的硫化过程、老化过程、改性过程以及浸水干燥变化，进行材料的结晶、分子动力学研究，是对材料特性研究与品质检测控制的有效手段。

低场核磁法用于高分子动力学研究基本原理：

低场核磁法的主要检测对象是氢核(1H),由于聚合物中不同链段上的H所处的周围环境不一致,H的自旋磁矩(核自旋)存在差异。施加射频脉冲后,自旋系统在恢复热平衡状态的过程中表现出来的弛豫行为不同,通过弛豫时间的差异可以体系聚合物的分子动力学信息。而分子分子动力学信息直接与聚合物的交联密度、老化、填充剂相关。

分子内和分子间氢质子的偶极相互作用产生核磁共振的横向弛豫。当温度远远高于聚合物的玻璃态温度时，聚合物网络中的这种偶极相互作用被认为是热分子运动的平均。由于聚合物单链中的氢质子被作为核磁共振测量的探针，于是一种修正的单链模型被引入并用来解释聚合物的横向弛豫。

纽迈变温核磁共振分析仪

高分子缠结与弛豫特性

缠结是高分子聚合物的重要特性之一,它决定聚合物的许多物理性质如粘性、流变性等.因此高聚物的缠结现象广为人们所重视.根据近年的研究结果,高分子链的缠结可分为拓扑缠结和凝聚缠结两类,但链与链之间缠结的机理还不甚清楚.定性地说,溶液中缠结的程度与聚合物分子量、溶液的浓度和温度等因素有关.缠结直接地影响聚合物分子运动,因而作为研究聚合物分子运动有效手段的NMR弛像亦可用来研究聚合物的缠结。

低场核磁技术用于橡胶老化研究

橡胶老化现象

由于橡胶制品的使用越来越频繁，橡胶产品在多数人的印象中是性能优异且各方面使用体验都很好，许多老客户也慢慢感觉到橡胶制品老化的现象，橡胶制品为什么会出现老化现象。

橡胶产品为什么会出现老化？

橡胶树脂的粘合性比许多橡胶都要高，但橡胶同其它橡胶一样，也会发生老化现象，由于内部分子链断裂，使橡胶的性能发生了很大的变化。对于橡塑制品来说，橡胶产品危害蕞大的就是紫外线，紫外线会直接导致橡胶分子链的断裂，这是因为橡胶制品可吸收光能使橡胶内产生自由分子。

橡胶产品老化的原因主要有以下三点：

1. 经常有高温或高温环境。高温度会加速橡胶材料的氧化环境，从而导致老化。

2. 化学因素。归根结底，橡胶材料是一种化学物质，有些化学因素会加速其老化。

3. 臭氧。硅材料很怕臭氧，会使橡胶制品的性能迅速下降，老化得很快。

橡胶老化的试验方法：

橡胶老化是橡胶性能受损的主要原因之一。由于产品的配方和使用条件各异，老化历程快慢不一，所以，需要通过检测技术对橡胶样品进行测试，以评定橡胶老化的程度及其对性能的影响。低场核磁技术可用于橡胶老化检测。

低场核磁技术研究橡胶老化基本原理：

纽迈VTMR系列低场核磁共振分析仪

低场核磁共振技术是通过测定恒定磁场强度下样品中1H的弛豫时间,从而获得分子结构动态信息的方法。其基本原理是通过施加射频脉冲给予处于恒定磁场中的样品,使氢质子发生共振,质子所吸收的射频波能量以非辐射的方式释放后返回到基态,此过程被称为弛豫过程。弛豫又可分为横向弛豫和纵向弛豫,样品内部氢质子所处物理化学环境及存在状态决定了弛豫时间的长短。从物理机制上,核磁弛豫过程是自旋氢原子核与环境之间通过相互作用进行能量交换的过程。核磁共振是自旋不为零的原子在静磁场中被磁化后,与特定射频场产生共振吸收现象,吸收射频脉冲能量后自旋核与周围物质相互作用,释放能量,并恢复初始状态过程。

橡胶老化是交联体系发生变化的综合过程,核磁共振的弛豫机制对这种变化具有高敏感性,其主要表现为横向弛豫时间T2随反应时间延长的规律性变化。因此通过研究老化过程中橡胶样品的弛豫时间变化规律及其与老化性能的关系,就可以间接评估橡胶老化的特性。

低场核磁反演方法研究意义

无论是低场核磁纵向弛豫还是低场核磁横向弛豫，对于决大多数样品来说，低场核磁弛豫信号都可以用多指数函数来表达。通常情况下，分别利用CPMG实验和IR实验来检测样品的横向弛豫过程和纵向弛豫过程，低场核磁弛豫信号的数学表达式如公式(1)和公式(2)所示：

其中fi表示样品中第i种成分的信号强度，总信号的大小是所有成分产生信号大小的总和，T2i和T1i表示样品中第i种成分的横向弛豫时间和纵向弛豫时间。

低场核磁反演方法研究：

弛豫信号反演的目标是通过上面的公式(1)、公式(2)来计算样品中的每个值(或者称为样品中质子分布的密度函数，也称为T1分布或T2分布)。下面采用矩阵的形式重新改写上述数学表达式：

Y=A * F

低场核磁反演技术实例：

以多组分T2反演为例，如下图，左边是回波串，右边是反演结果（T2分布）。下式表示每一个回波的等式系统。一般物质的T2分布是一个连续函数，但是为简化反演，计算使用一个多指数模型，并假定T2分布包含有m个独立的弛豫时间T2i，对应的幅值分量为fi。T2i的值是预先选定的（如0.5ms，1ms，2ms，4ms，8ms，16ms，32ms，64ms，128ms，256ms，512ms，…）。反演的过程主要是确定每个分布的孔隙度分量.

低场核磁反演方法研究意义（T2分布）

定组分反演和二维反演在原理上和多组分反演都是一致的，是一个设置模型不断寻优的过程。不同的方法间，模型函数和寻优方法会有稍许不同。

低场核磁研究玻璃化转变温度结晶熔融

什么是玻璃化转变温度？

玻璃化转变温度Tg是材料的一个重要特性参数，材料的许多特性都在玻璃化转变温度附近发生急剧的变化。以玻璃为例，在玻璃化转变温度，由于玻璃的结构发生变化，玻璃的许多物理性能如热容、密度、热膨胀系数、电导率等都在该温度范围发生急剧变化。

根据玻璃化转变温度可以准确制定玻璃的热处理温度制度。对高聚物而言，它是高聚物从玻璃态转变为高弹态的温度，在玻璃化转变温度时，高聚物的比热容、热膨胀系数、粘度、折光率、自由体积以及弹性模量等都要发生一个突变。

玻璃化转变的影响因素

由于玻璃化转变是与分子运动有关的现象，而分子运动又和分子结构有着密切关系，所以分子链的柔顺性、分子间作用力以及共聚、共混、增塑等都是影响高聚物Tg的重要内因。

此外，外界条件如作用力、作用力速率，升(阵)温速度等也是值得注意的影响因索。

在玻璃化转变温度以上，高聚物表现出弹性；在玻璃化转变温度以下，高聚物表现出脆性，在用作塑料、橡胶、合成纤维等时必须加以考虑。如聚氯乙烯的玻璃化温度是80℃。但是，他不是制品工作温度的上限。比如，橡胶的工作温度必须在玻璃化温度以上，否则就失去高弹性。

低场核磁研究玻璃化转变温度结晶熔融的基本原理：

NMR是一种通过测定活性原子核的弛豫特性来描述分子运动特性的技术。用NMR测定玻璃化转变温度是基于弛豫时间(T1、T2)可以衡量玻璃化转变时分子链段运动的急剧变化。与上述方法相比，NMR对所测食品样品没有限制，对样品亦不具破坏性，灵敏度高，能够快速、实时、荃方位、定量的研究样品。

玻璃化转变是指非晶态的高聚物（包括晶态高聚物中的非晶体部分）从玻璃态到高弹态的转变或者从高弹态到玻璃态的转变。许多研究人员已经接受食品也是聚合物这一观点并将其作为聚合物体系进行分析，聚合物玻璃化转变的基础是分子运动，聚合物由玻璃态转变为橡胶态时，含有质子的基团运动频率增加，这些变化可由弛豫时间T1和T2来衡量。

当聚合物处于玻璃态时，T2不随温度而变，表现出刚性晶格的性质，玻璃化转变后，突破刚性晶格的限制，T2随温度升高而增大。绘制T2-温度曲线，T2转折点所对应的温度即玻璃化转变温度Tg。

T2-温度曲线和T1-温度曲线都是由两条近似直线的不同斜率的直线部分组成，这两条直线的交点就看作为相转变点，所对应的温度就是相转变温度，即我们所要测定的Tg。对于“U”曲线，其蕞低点，即为相转变点，所对应温度为Tg。

低场核磁研究硅纳米颗粒团聚

颗粒的团聚根据其作用机理可分为三种状态：

凝聚体：指以面相接的原级粒子，其表面积比其单个粒子组成之和小得多，这种状态再分散十分困难。

附聚体：指以点、角相接的原级粒子团族或小颗粒在大颗粒上的附着，其总表面积比凝聚体大，但小于单个粒子组成之和，再分散比较容易。凝聚体和附聚体也称二次粒子。

絮凝：指由于体系表面积的增加、表面能增大，为了降低表面能而生成的更加松散的结构。一般是由于大分子表面活性剂或水溶性高分子的架桥作用，把颗粒串联成结构松散似棉絮的团状物。在这种结构中，离子间的距离比凝聚体或附聚体大得多。

颗粒在液体中的团聚与分散

颗粒表面湿润性对粉体的分散具有重要意义，是粉体分散、固液分离、表面改性和造粒等工艺的理论基础。固体颗粒被液体润湿的过程主要基于颗粒表面的润湿性。固体表面的湿润性由其化学组成和微观结构决定。固体表面自由能越大，越容易被液体湿润；反之亦然。因而，寻求和制备高表面自由能的固体表面成为制备超亲水表面和超疏水表面的前提条件。

低场核磁研究硅纳米颗粒团聚的基本原理：

对于润湿的颗粒体系，颗粒表面会附着一层液相分子，这些液相分子因无机相表面的吸附作用而运动受限。但未与颗粒相接触的液相分子运动是自由的，液相分子的驰豫时间（relaxation time）与它所处的运动状态密切相关，自由状态的液相分子的核磁驰豫时间要比束缚状态的液相分子的驰豫时间长得多，颗粒分散性更好的体系吸附溶剂量相对更多，弛豫时间也就更短。因此，可以利用低场核磁共振技术来测量悬浮液体系的驰豫时间，并计算颗粒的湿润比表面积（可利用的吸附表面积），进而用来研究颗粒的团聚状态、分散性稳定性、亲和性以及润湿性等问题。

低场核磁技术用于橡胶抗老化研究

橡胶老化现象

由于橡胶制品的使用越来越频繁，橡胶产品在多数人的印象中是性能优异且各方面使用体验都很好，许多老客户也慢慢感觉到橡胶制品老化的现象，橡胶制品为什么会出现老化现象。

橡胶产品为什么会出现老化？

橡胶树脂的粘合性比许多橡胶都要高，但橡胶同其它橡胶一样，也会发生老化现象，由于内部分子链断裂，使橡胶的性能发生了很大的变化。对于橡塑制品来说，橡胶产品危害zui大的就是紫外线，紫外线会直接导致橡胶分子链的断裂，这是因为橡胶制品可吸收光能使橡胶内产生自由分子。

橡胶产品老化的原因主要有以下三点：

1. 经常有高温或高温环境。高温度会加速橡胶材料的氧化环境，从而导致老化。

2. 化学因素。归根结底，橡胶材料是一种化学物质，有些化学因素会加速其老化。

3. 臭氧。硅材料很怕臭氧，会使橡胶制品的性能迅速下降，老化得很快。

橡胶老化的试验方法：

橡胶老化是橡胶性能受损的主要原因之一。由于产品的配方和使用条件各异，老化历程快慢不一，所以，需要通过检测技术对橡胶样品进行测试，以评定橡胶老化的程度及其对性能的影响。低场核磁技术可用于橡胶老化检测。

低场核磁技术研究橡胶抗老化基本原理：

纽迈VTMR系列低场核磁共振分析仪

低场核磁共振技术是通过测定恒定磁场强度下样品中1H的弛豫时间,从而获得分子结构动态信息的方法。其基本原理是通过施加射频脉冲给予处于恒定磁场中的样品,使氢质子发生共振,质子所吸收的射频波能量以非辐射的方式释放后返回到基态,此过程被称为弛豫过程。弛豫又可分为横向弛豫和纵向弛豫,样品内部氢质子所处物理化学环境及存在状态决定了弛豫时间的长短。从物理机制上,核磁弛豫过程是自旋氢原子核与环境之间通过相互作用进行能量交换的过程。核磁共振是自旋不为零的原子在静磁场中被磁化后,与特定射频场产生共振吸收现象,吸收射频脉冲能量后自旋核与周围物质相互作用,释放能量,并恢复初始状态过程。

橡胶老化是交联体系发生变化的综合过程,核磁共振的弛豫机制对这种变化具有高敏感性,其主要表现为横向弛豫时间T2随反应时间延长的规律性变化。因此通过研究老化过程中橡胶样品的弛豫时间变化规律及其与老化性能的关系,就可以间接评估橡胶老化的特性。

水凝胶网络结构研究-低场核磁技术

水凝胶是一类为亲水的三维网络结构凝胶，它在水中迅速溶胀并在此溶胀状态可以保持大量体积的水而不溶解。由于存在交联网络，水凝胶可以溶胀和保有大量的水，水的吸收量与交联度密切相关。交联度越高，吸水量越低。水凝胶中的水含量可以低到百分之几，也可以高达99%。

水凝胶具有良好的生物相容性、低毒性和可生物降解性等特性，用途非常广泛。水凝胶溶胀过程与水的传输和凝胶网络结构有关，因此，溶胀性能是评价水凝胶的重要参数。

凝胶的溶胀性评价方法

目前关于溶胀行为的研究主要是通过测量溶胀水凝胶的重量或体积变化来计算溶胀率。然而，该方法需要从溶液中取出水凝胶并用滤纸擦拭以去除多余的表面水，擦拭过程容易影响测定的准确度和重复性，从而产生意想不到的误差。

水凝胶网络结构研究-低场核磁技术

低场核磁共振（LF-NMR）在研究基于水迁移率的聚合物网络的水传输和微观结构方面具有巨大潜力。与高分辨率核磁共振不同，低场核磁共振（LF-NMR）主要用于通过测量弛豫时间来阐明反映结构异质性和相互作用的分子迁移率。研究表明，低场核磁共振（LF-NMR）是一种快速、wu创、无损的测定水组分分布的方法。低场核磁可标准氢键与周围水分子之间的相互作用。

对于水凝胶，不同环境中的水，如凝胶内水或外水，可能表现出不同的弛豫性质。T2组分对应的幅度可以定量并计算膨胀率。此外，基于T2值与水凝胶网络网孔尺寸之间的比例关系，可以描绘溶胀过程中由于浓度效应引起的水凝胶网络网孔尺寸变化。因此，低场核磁共振（LF-NMR）可以作为研究水凝胶溶胀过程中水的动态传输和微观结构变化的有力工具。此外，低场核磁共振（LF-NMR）不需将水凝胶从溶胀体系中取出，即可直接原位测量水凝胶的T2分布。